30709

بهينه‌سازي واحد جداسازي فرآيند تبديل متانول به پروپيلن با استفاده از اصول يكپارچه‌سازي فرآيند

دكتري تخصصي (PhD)

مهندسي شيمي

1394

1402/9/29

نورالله كثيري

امير حسيتن خليلي گركاني - مصطفي مافي

مهندسي شيمي

در اين رساله، بهينه¬سازي واحد جداسازي زيردماي محيط فرآيند تبديل متانول به پروپيلن مورد بررسي قرار گرفته است. در ابتدا جهت مقايسه اثر چيدمان برج¬هاي تقطير و يكپارچه¬سازي حرارتي بر جداسازي گازهاي سبك شامل هيدروژن، متان، اتان و اتيلن، تمام چيدمان¬هاي ساده و پيچيده جداسازي سه جزيي بررسي شده است. با عنايت به برهمكنش چرخه¬هاي تبريد با سيستم جداسازي هر چيدمان، با استفاده از روش پينچ و اكسرژي، چرخه تبريد منحصر به فرد هر چيدمان طراحي و به صورت همزمان با شرايط عملياتي و تعداد سيني¬هاي هر بخش بهينه شده است. اين بهينه¬سازي جهت كمينه¬كردن هزينه¬ كلي ساليانه هر چيدمان و براي هر دو سناريو، با در نظر گرفتن يكپارچه¬سازي حرارتي و بدون در نظرگرفتن يكپارچه¬سازي حرارتي انجام و بر اين اساس از كمترين هزينه به بيشترين هزينه مرتب و ارائه شده¬اند. در ادامه جداسازي چهار جزيي در اين فرآيند مورد بررسي قرار گرفته و نتايج آن براي چيدمان¬هاي ساده با در نظر گرفتن يكپارچه¬سازي حرارتي ارائه شده است. نتايج حاصل مبين اين موضوع است كه نقش اصلي در هزينه¬هاي ساليانه واحد، هزينه¬هاي عملياتي بوده و يكپارچه¬سازي حرارتي نسبت به تغيير چيدمان برج¬هاي تقطير نقش موثرتري در كاهش هزينه¬ كلي ساليانه دارد. اين نتايج با توجه به بخش اول اين تحقيق كه براي جداسازي سه جزيي انجام شده؛ حكايت از كاهش 60 درصدي هزينه¬ كلي ساليانه با در نظر گرفتن يكپارچه¬سازي حرارتي دارد و چيدمان Direct-TC با كمترين هزينه كلي ساليانه رتبه اول را به خود اختصاص داده است. همچنين در جداسازي چهار جزيي، چيدمان بهنيه نسبت به چيدمان استفاده شده در واحد صنعتي با كاهش 6/12 درصدي هزينه كلي ساليانه همراه شده است. در جداسازي چهار جزيي، چيدمان غيرمستقيم به همراه سيستم تبريد طراحي شده، سناريو بهينه بوده و كمترين هزينه را دارد. از مهمترين نوآوري¬هاي اين تحقيق مي¬توان به ايجاد يك چارچوب نرم¬افزاري براي طراحي و بهينه¬سازي همزمان برج¬هاي جداسازي در شرايط زير دماي محيط و سيستم تبريد اشاره كرد. در اين تحقيق از روش تركيبي پينچ و اكسرژي و ترسيم منحني¬هاي EGCC استفاده شده است.

1403/01/26

Optimization of MTP Separation Unit by Using Process Integration Principles

1/1/1900 12:00:00 AM

In this research, optimization of MTP process separation unit which works under ambient temperature has been investigated. At first, in order to compare the effect of the arrangement of distillation columns and thermal integration, the separation of light gases including hydrogen, methane, ethane and ethylene, all simple and complex arrangements were investigated for three components separation. According to the interaction of refrigeration cycles (ethylene and propylene) with the separation system of each arrangement, a unique refrigeration cycle was designed and simultaneously optimized with operating conditions and the number of trays of each section by using pinch and exergy method. This optimization is done to minimize the total annual costs of each arrangement and for both scenarios considering thermal integration and without considering thermal integration, and then they are arranged and presented from the lowest cost to the highest cost. In the following, the separation of four components in the MTP process, which works under ambient temperature conditions, is investigated and its results are presented for simple arrangements considering thermal integration. The results show that the main role in total annual costs of the relevant unit is operational costs and the role of thermal integration is more colorful than the role of the arrangement of distillation towers in reducing annual costs. These results, according to the first part of this research, which was done for the separation of three components, indicate a 60% reduction in annual costs by considering thermal integration and the Direct-TC arrangement with the lowest total annual cost has been ranked first. Also, in the four components separation, optimum arrangement compared with industrial case is faced with a 12.6% reduction in the total annual cost. In the four components separation unit, the indirect arrangement along with the designed refrigeration systems is the optimal scenario and has the lowest total annual cost. One of the most important innovations of this research is the creation of a software framework for simultaneous design and optimization of separation towers at under ambient temperature and refrigeration system conditions. In this research, the combined method of pinch and exergy and drawing EGCC curves has been used.

بهينه سازي اقتصادي , فرآيند تبديل متانول به پروپيلن , پينچ و اكسرژي , چرخه تبريد

Economic optimization , MTP separation unit , pinch and exergy , refrigeration cycle

davood safari

Dr. noroallah kasiri